輔機(jī)工頻改變頻引起的共振分析及措施

李國慶，劉 巖，王乃斌，徐 威

(中電華創(chuàng)(蘇州)電力技術(shù)研究有限公司，江蘇 蘇州 215123)

清潔能源裝機(jī)容量占比的提升對火電機(jī)組深度調(diào)峰能力提出了越來越高的要求，調(diào)峰狀態(tài)下機(jī)組設(shè)備運(yùn)行的工況往往與設(shè)計工況相差甚遠(yuǎn)，導(dǎo)致機(jī)組的能耗升高。隨著節(jié)能降耗目標(biāo)的日益明確、變頻技術(shù)的逐漸成熟，越來越多的機(jī)組通過技術(shù)改造，將風(fēng)機(jī)、泵等輔機(jī)設(shè)備從工頻改為變頻[1-4]。

輔機(jī)工頻改變頻給機(jī)組帶來了顯著的節(jié)能效果，但同時也帶來了一些問題，目前最為突出的是振動異常，影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文通過案例分析輔機(jī)工頻改造為變頻后設(shè)備的振動異常情況及處理方法，并且給出了改變頻后出現(xiàn)振動異常的應(yīng)對措施。

1 基本理論

共振是指當(dāng)設(shè)備所受的激振頻率與其自身固有頻率相近，也就是設(shè)備工作轉(zhuǎn)速接近設(shè)備臨界轉(zhuǎn)速時，振動明顯增大的現(xiàn)象。振動的表達(dá)式可以用式(1)表示。

(1)

式中A——振幅，m；F——不平衡力，N；k——設(shè)備剛度，N/m；ω——工作轉(zhuǎn)速，m/s；ωn——臨界轉(zhuǎn)速，m/s。

當(dāng)旋轉(zhuǎn)設(shè)備在轉(zhuǎn)動時，其不平衡力的表達(dá)式：

(2)

式中m——旋轉(zhuǎn)機(jī)械存在的不平衡質(zhì)量，kg；r——不平衡質(zhì)點(diǎn)到旋轉(zhuǎn)中心的長度，m。

由式(2)能夠發(fā)現(xiàn)，不平衡力與不平衡質(zhì)量、旋距和旋轉(zhuǎn)速度的平方成正比例關(guān)系。

2 案例分析

(1)某廠1號機(jī)組凝結(jié)水泵為上海凱士比泵有限公司生產(chǎn)制造的NLT 500-570×i型筒袋立式多級離心泵，電機(jī)為上海電機(jī)廠生產(chǎn)制造的YLKS 630-4型立式電機(jī)。設(shè)備結(jié)構(gòu)簡圖見圖1。

圖1 凝泵振動傳感器測點(diǎn)

在電機(jī)和凝結(jié)水泵的聯(lián)軸器處貼反光條，架設(shè)鍵相傳感器。在電機(jī)頂部和底部安裝臨時速度傳感器，監(jiān)測凝結(jié)水泵電機(jī)側(cè)振動情況，將電機(jī)振動測點(diǎn)命名為水流方向和垂直水流方向。具體振動測試數(shù)據(jù)見表1。

表1 凝結(jié)水泵電機(jī)單轉(zhuǎn)振動測試數(shù)據(jù)表 μm

首先檢查了設(shè)備安裝的水平度，實(shí)際的水平度約為230 μm/m，遠(yuǎn)超規(guī)定的50 μm/m。按照廠家安裝手冊將電機(jī)水平度進(jìn)行了調(diào)整，調(diào)整后振動有所降低，但并沒有符合要求。從原始測試數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，振動分量均以1倍頻分量為主，決定進(jìn)行現(xiàn)場動平衡。受制于現(xiàn)場平衡位置的限制，只能以凝結(jié)水泵經(jīng)常運(yùn)行時的頻段為基準(zhǔn)進(jìn)行現(xiàn)場的平衡調(diào)整，調(diào)整后電機(jī)在30 Hz及以上頻段振動達(dá)到了合格水平，振動數(shù)據(jù)見表2。

表2 動平衡后凝結(jié)水泵電機(jī)帶載振動測試數(shù)據(jù)表 μm

(2)某電廠4號A引風(fēng)機(jī)是由成都電力機(jī)械廠制造生產(chǎn)的 AN35e6(V13+4°)型，軸流式、靜葉可調(diào)風(fēng)機(jī)。軸系支撐簡圖如圖2所示。

圖2 軸系支撐簡圖

該風(fēng)機(jī)在變頻改造后出現(xiàn)振動偏大情況，某次檢修后振動嚴(yán)重超標(biāo)，技術(shù)人員決定通過動平衡減弱振動影響，引風(fēng)機(jī)的原始振動情況具體參數(shù)見表3。

表3 引風(fēng)機(jī)原始振動數(shù)據(jù)表 μm

通過測試數(shù)據(jù)可知，風(fēng)機(jī)和電機(jī)均在水平方向振動偏大，并且以1倍頻為主，決定嘗試通過高速動平衡的方式降低振動，配重后振動數(shù)據(jù)見表4。動平衡處理后，在800 r/min及以下轉(zhuǎn)速時，風(fēng)機(jī)及電機(jī)各方向振動均小于50 μm，繼續(xù)動平衡處理振動值不再下降，至此處理工作結(jié)束，建議運(yùn)行人員使風(fēng)機(jī)工作轉(zhuǎn)速保持在800 r/min以下。

表4 動平衡后引風(fēng)機(jī)振動數(shù)據(jù)表 μm

3 結(jié)語

共振是電廠輔機(jī)工頻改變頻后常見的故障，難以消除。本文2個案例通過動平衡降低了不平衡因素的影響，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時避開共振區(qū)，減弱了共振的影響。對于改變頻后設(shè)備發(fā)生的共振問題，可以采取的措施具體如下。

(1)改變設(shè)備自身固有頻率。通過改變設(shè)備自身的結(jié)構(gòu)或者重量從而改變自身固有頻率，使共振的區(qū)間范圍發(fā)生變化，以滿足設(shè)備實(shí)際的運(yùn)行要求；

(2)使設(shè)備不在共振區(qū)間工作。如果設(shè)備的固有頻率不易調(diào)整，可以適當(dāng)升高或者降低設(shè)備的工作轉(zhuǎn)速，避開共振區(qū)間；

(3)消除其他因素的影響。共振區(qū)間內(nèi)運(yùn)行的設(shè)備對于外界激振力更為敏感，很小的激振力可能導(dǎo)致比較大的振動響應(yīng)。因此，對于存在共振的設(shè)備，要盡量消除其他方面因素造成振動的影響，如消除不平衡質(zhì)量、保證基礎(chǔ)牢固、軸系對中符合要求、立式泵要保證水平度達(dá)標(biāo)等。